Actividad IntegradoraGases presentes en la Respiracin

El mecanismo de intercambio gaseoso correcto del organismo con el exterior presenta dos etapas:La ventilacin pulmonar, yEl intercambio de gases en los pulmones.

La ventilacin pulmonarsta consiste en: La inspiracin, o entrada de aire a los pulmones. Este mecanismo es diferente en distintos grupos de vertebrados:-En anfibios es una deglucin, como si se tragaran el aire.-En aves por la compresin de los sacos areos por los msculos de las alas.-En mamferos el aire entra activamente en los pulmones al dilatarse la caja torcica-La expiracin, o salida de aire, se realiza pasivamente.

El intercambio de gases en los pulmonesSe realiza debido a la diferente concentracin de gases que hay entre el exterior y el interior de los alvolos; por ello, el O2 pasa al interior de los alvolos y el CO2 pasa al espacio muerto (conductos respiratorios).A continuacin se produce el intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre.Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en CO2 y muy escaso en O2. El O2 pasa por difusin a travs de las paredes alveolares y capilares a la sangre. All es transportada por la hemoglobina, localizada en los glbulos rojos, que la llevar hasta las clulas del cuerpo donde por el mismo proceso de difusin pasar al interior para su posterior uso.

El mecanismo de intercambio de CO2 es semejante, pero en sentido contrario, pasando el CO2 a los alvolos. El CO2, se transporta disuelto en el plasma sanguneo y tambin en parte lo transportan los glbulos rojos.

Gases presentes en la fotosntesisLa reaccin general de la fotosntesis es: 6H2O + 6CO2 + luz--> C6H12O6 + 6O2. Seis molculas de agua ms seis molculas de dixido de carbono ms la energa de la luz, se transforman en una molcula de azcar y seis molculas de oxgeno. El dixido de carbono es el gas que ingresa en la hoja, y el oxgeno es el gas que se libera de la misma. La energa lumnica proviene de la luz solar, y el agua asciende de las races a travs del xilema hacia la hoja.

EstomasLa hoja necesita tener una va de ingreso para el dixido de carbono y una de salida para el oxgeno, pero tambin necesita disminuir la prdida de agua. La capa cerosa exterior de la hoja es la cutcula. Esta capa evita que el agua se evapore, pero tambin impide el intercambio de gases. La hoja ha desarrollado estomas, que son pequeos poros en el lado interno de la hoja que permiten la entrada de dixido de carbono y la salida de oxgeno. Las estomas estn flanqueados por clulas de proteccin, que abren el estoma por la maana cuando la luz da de lleno en la hoja y lo cierran por la noche cuando no hay luz disponible para la fotosntesis. Al cerrar la estoma, se reduce la transpiracin de agua de la hoja.

Clulas de proteccinLas clulas de proteccin abren y cierran las estomas debido a la smosis. En la smosis, el agua es atrada hacia las reas de mayor concentracin de soluto, como el potasio, a travs de una membrana semipermeable en un intento de igualar la presin a ambos lados de la membrana. Cuando la luz da de lleno en la hoja, el potasio ingresa a las clulas de proteccin y el agua fluye. Esto aumenta la presin o turgencia de las clulas protectoras, que se hinchan para dar lugar a una forma de medialuna, y la estoma se abre para permitir el intercambio de gases. Por la noche, disminuye la concentracin de potasio, por lo que la turgencia se reduce y las clulas protectoras se vuelven ms flcidas, lo que genera el cierre de la estoma.

ParnquimaLuego de que el dixido de carbono ingresa a travs de la estoma, se difunde a travs del parnquima, que est compuesto por dos capas: la capa esponjosa inferior y la capa en empalizada superior. Ambas capas contienen espacio para el aire, lo que permite que los gases se muevan con facilidad. La capa en empalizada contiene clulas mesfitas, y entre stas se encuentran los pinacoides, que a su vez contienen cloroplastos. El dixido de carbono se difunde a travs de las paredes celulares y de las membranas plasmticas de estas estructuras, pero tambin lo hace a travs de los canales de acuaporinas que se hallan en las membranas plasmticas. CloroplastosLa fotosntesis tiene lugar en los cloroplastos. El dixido de carbono que ingresa en la hoja es utilizado como se explica ms arriba, y se producen el oxgeno y los azcares. El oxgeno se difunde de manera inversa a travs de las paredes celulares y las membranas plasmticas de las clulas mesfitas, luego ingresa a los espacios de aire del parnquima, y por ltimo se libera a travs de las estomas abiertas hacia la atmsfera.

Gases presentes en las bolsas de aire

Las bolsas de aire (air-bags) de los automviles han salvado miles de vidas. Se basan en una idea muy simple: cuando ocurre un choque, una bolsa de plstico se infla rpidamente con un gas, protegiendo al vonductorde los golpes contra el salpicadero o el volante. El desarrollo de un sistema de aire operativo requiri combinar los esfuerzos de los qumicos y los ingenieros. El sistema de bolsa de aire requiere muchos requisitos especiales: La bolsa de aire no debe inflarse accidentalmente. Los gases utilizados no deben ser txicos, por si se llega a producir un escape una vez inflada la bolsa. El gas debe ser fro, de manera que no se produzcan quemaduras. l debe obtenerse muy rpidamente, el tiempo ideal de inflado de la bolsa es de 20 a 60 ms. Los productos qumicos que generan el gas deben ser de fcil manejo y estables durante largos perodos. De entre los gases no txicos, el nitrgeno es el ms adecuado, despus de todo, el nitrgeno constituye alrededor 78 por ciento en volumen del aire. Una buena manera de obtener el nitrgeno es por la descomposicin de las azidas de metales alcalinos, como por ejemplo, laazida de sodio, NaN3.2NaN3(s) = 2Na(l) + 3N2(g) El sistema de bolsa de aire se activa mediante sensores que detectan el choque inicial e inician elctricamente la explosin de una pequea carga. Esta explosin a su vez origina la rpida descomposicin de una pastilla que contiene azida de sodio, liberndose un gran volumen de N2(g) que llena la bolsa.

Los problemas de diseo del sistema de seguridad de bolsa de aire estaban resueltos desde 1980, ms los problemas de naturaleza qumica no. Los problemas planteados por la utilizacin de azida de sodio eran que no podan obtenerse buenas pastillas, la reaccin no se llevaba a cabo de forma completa y rpidamente y uno de los productos de la reaccin, que es el metal sodio, reacciona de manera violentamente con el agua.

Para resolver estos problemas, los investigadores probaron aadiendo otros compuestos a la azida de sodio. Para conseguir una mezcla con la que se formasen buenas pastillas, se le aadi un lubricante, como el disulfuro de molibdeno (MoS2). Sin embargo, esta mezcla no se descompona de manera completa. Se aadi entonces azufre, un componente de la plvora, para obtener pastillas que ardiesen bien. El gas nitrgeno obtenido era fro y el sodio metlico se transformaba principalmente en sulfato, aunque el residuo slido era un polvo muy fino y difcil de recoger.

Algunos sistemas de bolsa de aire hoy en da en el mercado utilizan todava las pastillas de MoS2-S-NaN3, pero los ms recientes utilizan una pastilla que es an ms compleja. En los primeros trabajos experimentales, se haba encontrado que utilizando una mezcla de la azida de sodio y el xido de hierro(III) se retena el sodio metlico obtenido, convirtindolo en un residuo slido de fcil manipulacin. Sin embargo, esta mezcla no se descompona bien. Los investigadores intentaron entonces la solucin obvia: mezclar todo juntos los compuestos que proporcionaban a las pastillas generadoras de gas sus propiedades ms adecuadas, azida de sodio, xido de hierro (III), desulfuro de molibdeno y azufre. En la investigacin cientfica, la solucin obvia conduce a menudo a resultados inesperados. En este caso sin embargo, se logr el resultado final deseado: Una pastilla que se descompona rpidamente, produciendo un gas fro e inodoro, el nitrgeno. Y un residuo slido inerte que se recoga fcilmente.

En ese momento, la utilizacin generalizada de los sistemas de colisin de bolsa de aire en los automviles se hizo realidad.